纤维素/纳米MnO2/海藻酸钠复合气凝胶的结构调控及其协同吸附降解染料性能

Natural polymer based aerogels possess high adsorption efficiency for dyes, but they also have the problems of simplex function, poor mechanical strength and unsatisfactory recycling. In this project, the structure-reinforced aerogels will be prepared by self-assembling microcrystalline cellulose (MCC), nano-MnO2 and sodium alginate (SA). The adsorbed dyes on aerogels will be degraded afterwards, achieving the mutual promotion and synergistic properties of adsorption and degradation, and improving utilization efficiency of aerogels farthest. By studying the construction manners of the three components, their space placements are reasonably allocated and respective functional advantages are given full play. By analyzing the influence of each component on the aerogels' networks, the assembly mechanism and regulation effect will be further studied. The adsorption capacity and degradation efficiency of the aerogels for various dyes are investigated respectively, and the synergistic principles of adsorption and degradation will be clarified in detail. This project supplies theoretical direction and technical support for the development of multifunctional aerogels and treatment for dye wastewater.

天然高分子气凝胶对染料具有极强的吸附效率，但也存在功能作用单一、机械强度差、循环利用性差等问题。本项目研究采用微晶纤维素（MCC）、纳米MnO2和海藻酸钠（SA）三元组分自组装，制备结构增强型气凝胶材料，并通过对吸附的染料的催化降解，实现吸附过程和降解过程的相互促进及协同一体化，最大限度提高气凝胶的利用率。通过研究三元组分的构筑方式，合理配置三者的空间位置，充分发挥各自的功能优势；分析各组分对气凝胶网络结构的影响，探索气凝胶的组装机理、凝胶网络的调控机制；分别考察气凝胶对不同染料的吸附容量和降解效率，阐明吸附-降解协同作用机理，为多功能气凝胶的开发设计和染料废水处理提供理论依据和技术支持。

基于天然高分子气凝胶对染料具有极强的吸附效率，但也存在功能作用单一、机械强度低、循环利用性差等问题。本项目采用微晶纤维素（MCC）、纳米MnO2和海藻酸钠（SA）为原材料，研究如何通过三元组分自组装构建结构增强型气凝胶材料，以及如何通过对吸附的染料的催化降解作用，实现吸附过程和降解路径的相互促进及其协同一体化，最大限度地提高气凝胶的利用效率。以此为指导，开发一种适用于天然高分子材料和纳米金属氧化物组装的新方法和新路径。.通过项目的研究开发，制备了一种双胺肟改性纤维素材料（DAO-MCC），比较了不同改性条件和产率对纳米MnO2生长的调控效果。结果表明DAO-MCC具有比较好的纳米粒子生成调控作用，通过变化DAO-MCC与前驱体的比例可以调节纳米MnO2的尺寸和分布，使其粒径处于120~250 nm。将制得的DAO-MCC@MnO2进一步与海藻酸钠（SA）分子链通过自组装构建复合气凝胶材料，通过调节组分间配比调控三者的空间位置以及凝胶化进程，获得机械强度高、孔隙结构有序、吸附-降解协同促进的复合气凝胶。降解效果显示，该气凝胶对亚甲基蓝（MB）可实现97.5 %的降解率，且经过5次循环再生后，降解率仍能保持92.8 %以上。本研究将为多功能气凝胶的开发设计以及在染料废水处理领域的应用提供理论依据和技术指导。